Wasserstoffversprödung – hier in metallischen Nanodrähten
Obwohl die Wasserstoffversprödung in vielen Metallen und Legierungen beobachtet und umfassend untersucht worden ist, gibt es immer noch Kontroversen über die zugrunde liegenden Mechanismen und ein grundlegendes Verständnis der Wasserstoffversprödung in Nanostrukturen ist nahezu nicht vorhanden. Sheng Yin, Guangming Cheng, Tzu-Hsuan Chang, Gunther Richter, Yong Zhu und Huajian Gao publizieren in Nature Communications (Band 10, Artikelnummer: 2004) einen Bericht, für den sie metallische Nanodrähte (NWs) als Plattform verwendeten, um die Wasserstoffversprödung in Nanostrukturen zu untersuchen, bei denen Verformung und Versagen durch Versetzungsnukleation (dislocation nucleation) beherrscht werden.
Basierend auf quantitativen nanomechanischen Tests in-situ Transmissionselektronenmikroskopie und molekular-dynamischen Simulationen berichten die Autoren über eine verbesserte Streckgrenze und einen Übergang im Versagensmechanismus von verteilter Plastizität zu lokalem Einschnüren bei Penta-gekoppelten Ag-NWs aufgrund des Vorhandenseins von oberflächenadsorbiertem Wasserstoff. In-situ-Spannungsrelaxations-Experimente und -simulationen zeigen, dass die beobachtete Versprödung in metallischen Nanodrähten durch die wasserstoffinduzierte Unterdrückung der Versetzungskeimbildung an der freien Oberfläche von NWs gesteuert wird.
Das Phänomen, dass Wasserstoffatome in der Umwelt die mechanischen Eigenschaften einer Reihe von Metallen und Legierungen beeinträchtigen, das allgemein als Wasserstoffversprödung (HE) bekannt ist. Eine Reihe von HE-Mechanismen wurden in der Literatur dikskutiert, darunter H-verstärkte Dekohäsion, H-verstärkte lokale Plastizität (HELP), Blasen-/Blasenbildung, Schnittstellenversagen und wasserstoffinduzierte überflüssige Leerstände. Auf der anderen Seite war es schwierig, jeden der vorgeschlagenen Mechanismen einzeln zu validieren, da sie einander nicht ausschließen und mehrere Mechanismen nebeneinander existieren könnten.
Kontinuumstheorien und -simulationen haben gezeigt, dass in Gegenwart von Wasserstoff die auf eine sich bewegende Versetzung ausgeübte gelöste Widerstandskraft den Widerstand gegen Versetzungsbewegungen erhöht und keine Abschirmung von Versetzungsversetzungswechselwirkungen durch Wasserstoff in atomaren Simulationen zu finden ist. Die Wasserstoffseigerung bis zur Korngrenze und die Wechselwirkungen mit freien Stellen spielen auch in HE eine wichtige Rolle. Eine aktuelle Studie ergab, dass freie Stellen mit Wasserstoff interagieren und die Bewegung von Versetzungen in Aluminium blockieren können. Ein chemomechanischer Ursprung der Wasserstoffeinfangung und -seigerung an den Korngrenzen wurde in kürzlich durchgeführten Atomniveaustudien an HE festgestellt.
Die meisten dieser bestehenden Studien konzentrierten sich auf die Bewegung, Multiplikation und Interaktion von Versetzungen mit gelöstem Wasserstoff in einem Massenmaterial, und es ist nur sehr wenig darüber bekannt, ob HE auch in Nanostrukturen existiert, in denen die Versetzungskeimbildung eine dominante Rolle im Deformationsmechanismus spielt.
->Quelle: nature.com/s41467-019-10035-0